數(shù)控機(jī)床操作教程

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數(shù)控機(jī)床操作教程

前言

數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床在當(dāng)今機(jī)械制造業(yè)中的重要地位和巨大效益，顯示了其在國(guó)家基礎(chǔ)工業(yè)現(xiàn)代化中的戰(zhàn)略性作用，并已成為傳統(tǒng)機(jī)械制造工業(yè)提升改造和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化、集成化生產(chǎn)的重要手段和標(biāo)志。數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用，給機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品種類和檔次以及生產(chǎn)方式帶來(lái)了革命性的變化。掌握現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)知識(shí)是現(xiàn)代機(jī)電類專業(yè)學(xué)生必不可少的。本書(shū)根據(jù)國(guó)內(nèi)數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用情況，針對(duì)普通高等院校機(jī)電類專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)，突出數(shù)控技術(shù)的實(shí)用性和數(shù)控機(jī)床的操作性，力求做到理論與實(shí)踐的最佳結(jié)合。本書(shū)可與南京機(jī)械?？茖W(xué)校編寫的《數(shù)控技術(shù)》配套使用，也可作為學(xué)生在數(shù)控機(jī)床操作學(xué)習(xí)中的指導(dǎo)教材單獨(dú)使用。

本書(shū)共有五章。第一、三章由常州工學(xué)院張宇編寫，第二章由沙洲工學(xué)院王文紅、常州工學(xué)院張宇編寫，第四、五章由常州技術(shù)師范學(xué)院朱巧榮編寫。全書(shū)由河海大學(xué)常州機(jī)械工程學(xué)院劉任先審定。常州工學(xué)院在校學(xué)生潘宇峰參加了部分插圖制作及程序編制工作。

本書(shū)的出版得到了國(guó)家機(jī)械工業(yè)局教編室、江蘇省教育廳、各參編學(xué)校的領(lǐng)導(dǎo)以及機(jī)械工業(yè)出版社的大力支持，在此一并表示感謝。

由于時(shí)間倉(cāng)促和編者水平有限，書(shū)中疏漏和謬誤在所難免，懇請(qǐng)讀者不吝指教，以便進(jìn)一步修改。

編者

2001年2月

第一節(jié)數(shù)控技術(shù)實(shí)踐的重要性

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，社會(huì)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、性能、精度、效率和品種的要求越來(lái)越高，單件與中小批量產(chǎn)品的比重越來(lái)越大（目前已占到70%以上），傳統(tǒng)的通用、專用機(jī)床和工藝裝備已經(jīng)不能很好地適應(yīng)高質(zhì)量、高效率、多樣化加工的要求，因而，以微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)控技術(shù)，將機(jī)械技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和成組技術(shù)等有機(jī)地結(jié)合在一起，使機(jī)器制造行業(yè)的生產(chǎn)方式和機(jī)器制造技術(shù)發(fā)生了深刻的、革命性的變化。

當(dāng)今機(jī)床行業(yè)的計(jì)算機(jī)數(shù)控化已成為技術(shù)進(jìn)步的大趨勢(shì)。數(shù)控機(jī)床是電子信息技術(shù)和傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，它集現(xiàn)代精密機(jī)械、計(jì)算機(jī)、通訊、液壓氣動(dòng)、光電等多學(xué)科技術(shù)為一體，具有高效率、高精度、高自動(dòng)化和高柔性的特點(diǎn)，是當(dāng)代機(jī)械制造業(yè)的主流裝備。數(shù)控機(jī)床大大提高了機(jī)械加工的性能（可以精確加工傳統(tǒng)機(jī)床無(wú)法處理的復(fù)雜零件）。有效提高了加工質(zhì)量和效率，實(shí)現(xiàn)了柔性自動(dòng)化（相對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上的大批量生產(chǎn)的剛性自動(dòng)化），并向智能化、集成化方向發(fā)展。所以，可以毫不夸張地說(shuō)，（計(jì)算機(jī)）數(shù)控技術(shù)，是現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)和核心。

數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用（美國(guó)的數(shù)控機(jī)床已占機(jī)床總數(shù)的80%以上），是因?yàn)樗行У亟鉀Q了復(fù)雜、精密、小批多變的零件加工問(wèn)題，能滿足高質(zhì)量、高效益和多品種、小批量的柔性生產(chǎn)方式的要求，適應(yīng)各種機(jī)械產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代的需要，經(jīng)濟(jì)效益顯著，代表著當(dāng)今機(jī)械加工技術(shù)的趨勢(shì)與潮流，也是現(xiàn)代機(jī)械制造企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的條件下生存與發(fā)展的必然要求。

在數(shù)控機(jī)床發(fā)展過(guò)程中，值得一提的是數(shù)控加工中心的出現(xiàn)。這是一種具有自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，它能實(shí)現(xiàn)一次裝夾并進(jìn)行多工序加工。這種機(jī)床在刀庫(kù)中裝有鉆頭、絲錐、鉸刀、鏜刀等刀具，通過(guò)程序指令自動(dòng)選擇刀具，并利用機(jī)械手將刀具裝在主軸上，這樣可大大縮短零件裝卸時(shí)間和換刀時(shí)間。數(shù)控加工中心現(xiàn)在已經(jīng)成為數(shù)控機(jī)床中一個(gè)非常重要的品種，不僅有立式、臥式等鏜銑類加工中心用于箱體類零件的加工，還有車削加工中心用于回轉(zhuǎn)體零件加工以及磨削加工中心等。這些高性能、高精度、高自動(dòng)化的數(shù)控機(jī)床就組成了完整的數(shù)控機(jī)床家族。

隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)控技術(shù)不僅應(yīng)用于機(jī)床的控制，還用于控制其他的設(shè)備，諸如數(shù)控線切割機(jī)、數(shù)控繪圖機(jī)、數(shù)控測(cè)量機(jī)、數(shù)控沖剪機(jī)等，僅數(shù)控機(jī)床就有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜床以及數(shù)控加工中心等。

因此，在學(xué)習(xí)完數(shù)控技術(shù)這門課的同時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的數(shù)控技術(shù)實(shí)踐操作能力，以便能夠系統(tǒng)、完整地掌握數(shù)控機(jī)床技術(shù)，更快更好地適應(yīng)機(jī)械行業(yè)發(fā)展的需要。

第一章緒論

當(dāng)今，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用（美國(guó)的數(shù)控機(jī)床已占機(jī)床總數(shù)的80%以上），它有效地解決了復(fù)雜、精密、小批多變的零件加工問(wèn)題，能滿足高質(zhì)量、高效益和多品種、小批量的柔性生產(chǎn)方式的要求，適應(yīng)各種機(jī)械產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代的需要，經(jīng)濟(jì)效益顯著，。

因此，為了更快更好地適應(yīng)機(jī)械行業(yè)發(fā)展的需要，學(xué)習(xí)并掌握數(shù)控技術(shù)實(shí)踐操作能力是時(shí)代的要求，也是必然的趨勢(shì)。

第一節(jié)數(shù)控技術(shù)實(shí)踐的重要性

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，社會(huì)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、性能、精度、效率和品種的要求越來(lái)越高，單件與中小批量產(chǎn)品的比重越來(lái)越大（目前已占到70%以上），傳統(tǒng)的通用、專用機(jī)床和工藝裝備已經(jīng)不能很好地適應(yīng)高質(zhì)量、高效率、多樣化加工的要求，因而，以微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)控技術(shù)，將機(jī)械技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和成組技術(shù)等有機(jī)地結(jié)合在一起，使機(jī)器制造行業(yè)的生產(chǎn)方式和機(jī)器制造技術(shù)發(fā)生了深刻的、革命性的變化。

當(dāng)今機(jī)床行業(yè)的計(jì)算機(jī)數(shù)控化已成為技術(shù)進(jìn)步的大趨勢(shì)。數(shù)控機(jī)床是電子信息技術(shù)和傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，它集現(xiàn)代精密機(jī)械、計(jì)算機(jī)、通訊、液壓氣動(dòng)、光電等多學(xué)科技術(shù)為一體，具有高效率、高精度、高自動(dòng)化和高柔性的特點(diǎn)，是當(dāng)代機(jī)械制造業(yè)的主流裝備。數(shù)控機(jī)床大大提高了機(jī)械加工的性能（可以精確加工傳統(tǒng)機(jī)床無(wú)法處理的復(fù)雜零件）。有效提高了加工質(zhì)量和效率，實(shí)現(xiàn)了柔性自動(dòng)化（相對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上的大批量生產(chǎn)的剛性自動(dòng)化），并向智能化、集成化方向發(fā)展。所以，可以毫不夸張地說(shuō)，（計(jì)算機(jī)）數(shù)控技術(shù)，是現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)和核心。

數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用（美國(guó)的數(shù)控機(jī)床已占機(jī)床總數(shù)的80%以上），是因?yàn)樗行У亟鉀Q了復(fù)雜、精密、小批多變的零件加工問(wèn)題，能滿足高質(zhì)量、高效益和多品種、小批量的柔性生產(chǎn)方式的要求，適應(yīng)各種機(jī)械產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代的需要，經(jīng)濟(jì)效益顯著，代表著當(dāng)今機(jī)械加工技術(shù)的趨勢(shì)與潮流，也是現(xiàn)代機(jī)械制造企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的條件下生存與發(fā)展的必然要求。

在數(shù)控機(jī)床發(fā)展過(guò)程中，值得一提的是數(shù)控加工中心的出現(xiàn)。這是一種具有自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，它能實(shí)現(xiàn)一次裝夾并進(jìn)行多工序加工。這種機(jī)床在刀庫(kù)中裝有鉆頭、絲錐、鉸刀、鏜刀等刀具，通過(guò)程序指令自動(dòng)選擇刀具，并利用機(jī)械手將刀具裝在主軸上，這樣可大大縮短零件裝卸時(shí)間和換刀時(shí)間。數(shù)控加工中心現(xiàn)在已經(jīng)成為數(shù)控機(jī)床中一個(gè)非常重要的品種，不僅有立式、臥式等鏜銑類加工中心用于箱體類零件的加工，還有車削

加工中心用于回轉(zhuǎn)體零件加工以及磨削加工中心等。這些高性能、高精度、高自動(dòng)化的數(shù)控機(jī)床就組成了完整的數(shù)控機(jī)床家族。

隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)控技術(shù)不僅應(yīng)用于機(jī)床的控制，還用于控制其他的設(shè)備，諸如數(shù)控線切割機(jī)、數(shù)控繪圖機(jī)、數(shù)控測(cè)量機(jī)、數(shù)控沖剪機(jī)等，僅數(shù)控機(jī)床就有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜床以及數(shù)控加工中心等。

因此，在學(xué)習(xí)完數(shù)控技術(shù)這門課的同時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的數(shù)控技術(shù)實(shí)踐操作能力，以便能夠系統(tǒng)、完整地掌握數(shù)控機(jī)床技術(shù)，更快更好地適應(yīng)機(jī)械行業(yè)發(fā)展的需要。

第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成及分類

一、數(shù)控機(jī)床的組成

數(shù)控機(jī)床一般由輸入輸出設(shè)備、CNC裝置（或稱CNC單元）、伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置（或稱執(zhí)行機(jī)構(gòu)）、可編程控制器PLC及電氣控制裝置、輔助裝置、機(jī)床本體及測(cè)量裝置組成。圖1-1是數(shù)控機(jī)床的組成框圖。其中除機(jī)床本體之外的部分統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)系統(tǒng)。

圖1-1數(shù)控機(jī)床的組成框圖

1.機(jī)床本體

CNC機(jī)床由于切削用量大、連續(xù)加工發(fā)熱量大等因素對(duì)加工精度有一定影響，加之在加工中是自動(dòng)控制，不能像在普通機(jī)床上那樣由人工進(jìn)行調(diào)整、補(bǔ)償，所以其設(shè)計(jì)要求比普通機(jī)床更嚴(yán)格，制造要求更精密，采用了許多新的加強(qiáng)剛性、減小熱變形、提高精度等方面的措施。

裝置

CNC裝置是CNC系統(tǒng)的核心，主要包括微處理器CPU、存儲(chǔ)器、局部總線、外圍邏輯電路以及與CNC系統(tǒng)的其他組成部分聯(lián)系的接口等。數(shù)控機(jī)床的CNC系統(tǒng)完全由軟件處理數(shù)字信息，因而具有真正的柔性化，可處理邏輯電路難以處理的復(fù)雜信息，使數(shù)字控制系統(tǒng)的性能大大提高。

3.輸入/輸出設(shè)備

鍵盤、磁盤機(jī)等是數(shù)控機(jī)床的典型輸入設(shè)備。除上述以外，還可以用串行通信的方式輸入。

數(shù)控系統(tǒng)一般配有CRT顯示器或點(diǎn)陣式液晶顯示器，顯示的信息較豐富，并能顯示圖形。操作人員通過(guò)顯示器獲得必要的信息。

4.伺服單元

伺服單元是CNC和機(jī)床本體的聯(lián)系環(huán)節(jié)，它把來(lái)自CNC裝置的微弱指令信號(hào)放大成控制驅(qū)動(dòng)裝置的大功率信號(hào)。根據(jù)接收指令的不同，伺服單元有脈沖式和模擬式之分，而模擬式伺服單元按電源種類又可分為直流伺服單元和交流伺服單元。

5.驅(qū)動(dòng)裝置

驅(qū)動(dòng)裝置把經(jīng)放大的指令信號(hào)變?yōu)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)，通過(guò)簡(jiǎn)單的機(jī)械連接部件驅(qū)動(dòng)機(jī)床，使工作臺(tái)精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴(yán)格的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，最后加工出圖紙所要求的零件。和伺服單元相對(duì)應(yīng)，驅(qū)動(dòng)裝置有步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)等。

伺服單元和驅(qū)動(dòng)裝置可合稱為伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它是機(jī)床工作的動(dòng)力裝置，CNC裝置的指令要靠伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)付諸實(shí)施，所以，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。從某種意義上說(shuō)，數(shù)控機(jī)床功能的強(qiáng)弱主要取決于CNC裝置，而數(shù)控機(jī)床性能的好壞主要取決于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

6.可編程控制器

可編程控制器(PC，ProgrammableController)是一種以微處理器為基礎(chǔ)的通用型自動(dòng)控制裝置，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。由于最初研制這種裝置的目的是為了解決生產(chǎn)設(shè)備的邏輯及開(kāi)關(guān)控制，故把稱它為可編程邏輯控制器(PLC，ProgrammableLogicController)。當(dāng)PLC用于控制機(jī)床順序動(dòng)作時(shí)，也可稱之為編程機(jī)床控制器(PMC，ProgrammableMachineController)。

PLC己成為數(shù)控機(jī)床不可缺少的控制裝置。CNC和PLC協(xié)調(diào)配合，共同完成對(duì)數(shù)控機(jī)床的控制。用于數(shù)控機(jī)床的PLC一般分為兩類：一類是CNC的生產(chǎn)廠家為實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的順序控制，而將CNC和PLC綜合起來(lái)設(shè)計(jì)，稱為內(nèi)裝型(或集成型)PLC，內(nèi)裝型PLC是CNC裝置的一部分；另一類是以獨(dú)立專業(yè)化的PLC生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)順序控制功能，稱為獨(dú)立型(或外裝型)PLC。

7.測(cè)量裝置

測(cè)量裝置也稱反饋元件，通常安裝在機(jī)床的工作臺(tái)或絲杠上，相當(dāng)于普通機(jī)床的刻度盤和人的眼睛，它把機(jī)床工作臺(tái)的實(shí)際位移轉(zhuǎn)變成電信號(hào)反饋給CNC裝置，供CNC裝置與指令值比較產(chǎn)生誤差信號(hào)，以控制機(jī)床向消除該誤差的方向移動(dòng)。按有無(wú)檢測(cè)裝置，CNC系統(tǒng)可分為開(kāi)環(huán)與閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，而按測(cè)量裝置的安裝位置又可分為閉環(huán)與半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的控制精度取決于步進(jìn)電機(jī)和絲杠的精度，閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的控制精度取決于檢測(cè)裝置的精度。因此，測(cè)量裝置是高性能數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。此外，由測(cè)量裝置和顯示環(huán)節(jié)構(gòu)成的數(shù)顯裝置，可以在線顯示機(jī)床移動(dòng)部件的坐標(biāo)值，大大提高工作效率和工件的加工精度。

二、數(shù)控機(jī)床的分類

數(shù)控機(jī)床的品種和規(guī)格繁多，分類方法不一。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前已有近500種數(shù)控機(jī)床。根據(jù)數(shù)控機(jī)床的功能和組成，一般可分為以下幾類。

三、加工中心

加工中心是在普通數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上增加了自動(dòng)換刀裝置及刀庫(kù)，并帶有自動(dòng)分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)或主軸箱（可自動(dòng)改變角度）及其他輔助功能，從而使工件在一次裝夾后，可以連續(xù)、自動(dòng)完成多個(gè)平面或多個(gè)角度位置的鉆、擴(kuò)、鉸、鏜、攻絲、銑削等工序的加工，工序高度集中。

加工中心能自動(dòng)改變機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡。有的加工中心帶有雙工作臺(tái)，一個(gè)工作臺(tái)上的工件在加工的同時(shí)，另一個(gè)工件可在處于裝卸位置的工作臺(tái)上進(jìn)行裝卸，然后交換加工（裝卸）位置，因而節(jié)省總加工時(shí)間。

由于加工中心具有上述功能，因而可以明顯減少工件裝夾、測(cè)量和機(jī)床的調(diào)整時(shí)間，減少工件的周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)和存儲(chǔ)時(shí)間，大大提高生產(chǎn)率，尤其是對(duì)于加工形狀比較復(fù)雜、精度要求較高、品種更換頻繁的零件中，更具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

加工中心的外形結(jié)構(gòu)各異，但大體都由基礎(chǔ)部件、主軸部件、數(shù)控系統(tǒng)、自動(dòng)換刀系統(tǒng)（含刀庫(kù)）和輔助裝置等組成。按機(jī)床的形狀，加工中心一般分為臥式加工中心、立式加工中心等。

1．自動(dòng)換刀裝置

加工中心自動(dòng)換刀裝置的功能是通過(guò)機(jī)械手完成刀具的自動(dòng)更換，它應(yīng)當(dāng)滿足換刀時(shí)間短、刀具重復(fù)定位精度高、結(jié)構(gòu)緊湊、安全可靠等要求。自動(dòng)換刀裝置有以下幾種基本形式：

1）回轉(zhuǎn)刀架形式；

2）更換主軸形式；

3）更換主軸箱形式；

4）帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀系統(tǒng)形式，目前這種形式應(yīng)用的最為廣泛。

2．刀庫(kù)

常用的刀庫(kù)類型有盤式刀庫(kù)（刀具較少時(shí)）、鏈?zhǔn)降稁?kù)（刀具數(shù)量在30-120把時(shí)）。

有的數(shù)控加工中心還有機(jī)外對(duì)刀儀，用來(lái)測(cè)量刀具的長(zhǎng)度、直徑和角度，以便利用程序?qū)Φ毒邊?shù)偏差進(jìn)行補(bǔ)償，保證準(zhǔn)確加工。

第三節(jié)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)

與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床具有以下特點(diǎn)。

一、適應(yīng)性強(qiáng)

由于數(shù)控機(jī)床能實(shí)現(xiàn)多個(gè)坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)，所以數(shù)控機(jī)床能完成復(fù)雜型面的加工，特別是對(duì)于可用數(shù)學(xué)方程式和坐標(biāo)點(diǎn)表示的形狀復(fù)雜的零件，加工非常方便。當(dāng)改變加工零件時(shí)，數(shù)控機(jī)床只需更換零件加工的NC程序，不必用凸輪、靠模、樣板或其它模具等專用工藝裝備，且可采用成組技術(shù)的成套夾具。因此，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，有利于機(jī)械產(chǎn)品的迅速更新?lián)Q代。所以，數(shù)控機(jī)床的適應(yīng)性非常強(qiáng)。

二、加工質(zhì)量穩(wěn)定

對(duì)于同一批零件，由于使用同一機(jī)床和刀具及同一加工程序，刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡完全相同，且數(shù)控機(jī)床是根據(jù)數(shù)控程序自動(dòng)進(jìn)行加工，可以避免人為的誤差，這就保證了零件加工的一致性好且質(zhì)量穩(wěn)定。

三、生產(chǎn)效率高

數(shù)控機(jī)床上可以采用較大的切削用量，有效地節(jié)省了機(jī)動(dòng)工時(shí)。還有自動(dòng)換速、自動(dòng)換刀和其他輔助操作自動(dòng)化等功能，使輔助時(shí)間大為縮短，而且無(wú)需工序間的檢驗(yàn)與測(cè)量，所以，比普通機(jī)床的生產(chǎn)率高3～4倍甚至更高。

數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速及進(jìn)給范圍都比普通機(jī)床大。目前數(shù)控機(jī)床的最高進(jìn)給速度可達(dá)到100m/min以上，最小分辨率達(dá)μm。一般來(lái)說(shuō)，數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)能力約為普通機(jī)床的三倍，甚至更高。數(shù)控機(jī)床的時(shí)間利用率高達(dá)90%，而普通機(jī)床僅為30%～50%。四、加工精度高

數(shù)控機(jī)床有較高的加工精度，一般在～之間。數(shù)控機(jī)床的加工精度不受零件復(fù)雜程度的影響，機(jī)床傳動(dòng)鏈的反向齒輪間隙和絲杠的螺距誤差等都可以通過(guò)數(shù)控裝置自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，其定位精度比較高，同時(shí)還可以利用數(shù)控軟件進(jìn)行精度校正和補(bǔ)償。五、工序集中，一機(jī)多用

數(shù)控機(jī)床特別是帶自動(dòng)換刀的數(shù)控加工中心，在一次裝夾的情況下，幾乎可以完成零件的全部加工工序，一臺(tái)數(shù)控機(jī)床可以代替數(shù)臺(tái)普通機(jī)床。這樣可以減少裝夾誤差，節(jié)約工序之間的運(yùn)輸、測(cè)量和裝夾等輔助時(shí)間，還可以節(jié)省車間的占地面積，帶來(lái)較高的經(jīng)濟(jì)效益。

加工中心的工藝方案更與普通機(jī)床的常規(guī)工藝方案不同，常規(guī)工藝以“工序分散”為特點(diǎn)，而加工中心則以工序集中為原則，著眼于減少工件的裝夾次數(shù)，提高重復(fù)定位精度。

六、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度

在輸入程序并啟動(dòng)后，數(shù)控機(jī)床就自動(dòng)地連續(xù)加工，直至零件加工完畢。這樣就簡(jiǎn)化了工人的操作，使勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低。數(shù)控機(jī)床是一種高技術(shù)的設(shè)備，盡管機(jī)床價(jià)格較高，而且要求具有較高技術(shù)水平的人員來(lái)操作和維修，但是數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)很多，它有利于自動(dòng)化生產(chǎn)和生產(chǎn)管理，使用數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)效益還是很高的。

練習(xí)題

1-1什么是計(jì)算機(jī)數(shù)字控制機(jī)床

1-2CNC機(jī)床由哪些部件組成

1-3何謂點(diǎn)位控制、點(diǎn)位直線控制和輪廓控制數(shù)控加工中心采用的是什么控制方式

第二章數(shù)控編程實(shí)驗(yàn)

通過(guò)《數(shù)控技術(shù)》課程的學(xué)習(xí)，我們已知道，數(shù)控加工是把編好的加工程序輸入數(shù)控裝置，數(shù)控裝置再將輸入的信息進(jìn)行運(yùn)算處理后轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)的指令信號(hào)，最后由伺服機(jī)構(gòu)控制機(jī)床的各種動(dòng)作，自動(dòng)地加工出零件。由此可看出，用數(shù)控機(jī)床加工零件，程序編制是一項(xiàng)重要的工作，它對(duì)有效利用數(shù)控機(jī)床起主要作用。數(shù)控加工的程序編制也稱數(shù)控編程，數(shù)控編程時(shí)，必須對(duì)零件進(jìn)行分析，將加工零件的全部工藝過(guò)程、工藝參數(shù)、位移數(shù)據(jù)等以規(guī)定的代碼、程序格式寫出。我們?cè)趯W(xué)習(xí)了數(shù)控編程的基本知識(shí)（坐標(biāo)系的確定、基本數(shù)控指令、指令格式等）后，如何編制出適合某一數(shù)控機(jī)床的實(shí)用加工程序這在編程前，必須對(duì)該數(shù)控機(jī)床的規(guī)格、性能、切削范圍、CNC系統(tǒng)所具備的功能、編程指令及指令格式等有較全面的了解，并將機(jī)床的運(yùn)動(dòng)過(guò)程、零件的工藝過(guò)程、切削用量和走刀路線等都編入程序，最后通過(guò)上機(jī)床進(jìn)行加工模擬、試切加工等來(lái)驗(yàn)證程序的正確性、合理性。

由此可以看出，數(shù)控編程是集工藝于程序中，且其實(shí)踐性很強(qiáng)。通過(guò)數(shù)控編程實(shí)驗(yàn)這一章的學(xué)習(xí)，要求掌握數(shù)控編程的一般步驟、基本方法和常用編程技巧，學(xué)會(huì)數(shù)控機(jī)床的調(diào)整、參數(shù)設(shè)置和數(shù)控系統(tǒng)的基本操作等。

第一節(jié)數(shù)控加工的工藝路線分析

理想的加工程序不僅應(yīng)保證加工出符合圖樣的合格工件，同時(shí)應(yīng)能使數(shù)控機(jī)床的功能得到合理的應(yīng)用和充分的發(fā)揮。數(shù)控機(jī)床是一種高效率的自動(dòng)化設(shè)備，它的效率高于普通機(jī)床的2～3倍，所

以，要充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的這一特點(diǎn)，必須熟練掌握其性能、特點(diǎn)、使用操作方法，同時(shí)還必須在編程之前正確地確定加工方案。

由于生產(chǎn)規(guī)模的差異，對(duì)于同一零件的加工方案是有所不同的，應(yīng)根據(jù)具體條件，選擇經(jīng)濟(jì)、合理的工藝方案。

一、加工工序劃分

在數(shù)控機(jī)床上加工零件，工序可以比較集中,一次裝夾應(yīng)盡可能完成全部工序。與普通機(jī)床加工相比，加工工序劃分有其自己的特點(diǎn)，常用的工序劃分原則有以下兩種。

1．保證精度的原則

數(shù)控加工要求工序盡可能集中，常常粗、精加工在一次裝夾下完成，為減少熱變形和切削力變形對(duì)工件的形狀、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影響，應(yīng)將粗、精加工分開(kāi)進(jìn)行。對(duì)軸類或盤類零件，將各處先粗加工，留少量余量精加工，來(lái)保證表面質(zhì)量要求。同時(shí)，對(duì)一些箱體工件，為保證孔的加工精度，應(yīng)先加工表面而后加工孔。

2．提高生產(chǎn)效率的原則

數(shù)控加工中，為減少換刀次數(shù)，節(jié)省換刀時(shí)間，應(yīng)將需用同一把刀加工的加工部位全部完成后，再換另一把刀來(lái)加工其它部位。同時(shí)應(yīng)盡量減少空行程，用同一把刀加工工件的多個(gè)部位時(shí)，應(yīng)以最短的路線到達(dá)各加工部位。

實(shí)際中，數(shù)控加工工序要根據(jù)具體零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)要求等情況綜合考慮。

二、加工路線的確定

在數(shù)控加工中，刀具（嚴(yán)格說(shuō)是刀位點(diǎn)）相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡和方向稱為加工路線。即刀具從對(duì)刀點(diǎn)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)起，直至結(jié)束加工程序所經(jīng)過(guò)的路徑，包括切削加工的路徑及刀具引入、返回等非切削空行程。加工路線的確定首先必須保證被加工零件的尺寸精度和表面質(zhì)量，其次考慮數(shù)值計(jì)算簡(jiǎn)單，走刀路線盡量短，效率較高等。

下面舉例分析數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)常用的加工路線。

1．車圓錐的加工路線分析

數(shù)控車床上車外圓錐，假設(shè)圓錐大徑為D，小徑為d，錐長(zhǎng)為L(zhǎng)，車圓錐的加工路線如圖2-1所示。

按圖2-1a的階梯切削路線，二刀粗車，最后一刀精車；二刀粗車的終刀距S要作精確的計(jì)算，可有相似三角形得：

此種加工路線，粗車時(shí)，刀具背吃刀量相同，但精車時(shí)，背吃刀量不同；同時(shí)刀具切削運(yùn)動(dòng)的路線最短。

按圖2-1b的相似斜線切削路線，也需計(jì)算粗車時(shí)終刀距S，同樣由相似三角形可計(jì)算得：

按此種加工路線，刀具切削運(yùn)動(dòng)的距離較短。

按圖2-1c的斜線加工路線，只需確定了每次背吃刀量ap，而不需計(jì)算終刀距，編程方便。但在每次切削中背吃刀量是變化的，且刀具切削運(yùn)動(dòng)的路線較長(zhǎng)。

2．車圓弧的加工路線分析

應(yīng)用G02（或G03）指令車圓弧，若用一刀就把圓弧加工出來(lái)，這樣吃刀量太大，容易打刀。所以，實(shí)際車圓弧時(shí)，需要多刀加工，先將大多余量切除，最后才車得所需圓弧。

下面介紹車圓弧常用加工路線。

圖2-2為車圓弧的階梯切削路線。即先粗車成階梯，最后一刀精車出圓弧。此方法在確定了每刀吃刀量ap后，須精確計(jì)算出粗車的終刀距S，即求圓弧與直線的交點(diǎn)。此方法刀具切削運(yùn)動(dòng)距離較短，但數(shù)值計(jì)算較繁。

圖2-3為車圓弧的同心圓弧切削路線。即用不同的半徑圓來(lái)車削，最后將所需圓弧加工出來(lái)。此方法在確定了每次吃刀量ap后，對(duì)90°圓弧的起點(diǎn)、終點(diǎn)坐標(biāo)較易確定，數(shù)值計(jì)算簡(jiǎn)單，編程方便，常采用。但按圖2-3b加工時(shí)，空行程時(shí)間較長(zhǎng)。

圖2-4為車圓弧的車錐法切削路線。即先車一個(gè)圓錐，再車圓弧。但要注意，車錐時(shí)的起點(diǎn)和終點(diǎn)的確定，若確定不好，則可能損壞圓錐表面，也可能將余量留得過(guò)大。確定方法如圖2-4所示，連接OC交圓弧于D，過(guò)D點(diǎn)作圓弧的切線AB。

由幾何關(guān)系CD=OC-OD=-R=，此為車錐時(shí)的最大切削余量，即車錐時(shí)，加工路線不能超過(guò)AB線。由圖示關(guān)系，可得AC=BC=，這樣可確定出車錐時(shí)的起點(diǎn)和終點(diǎn)。當(dāng)R不太大時(shí)，可取AC=BC=。此方法數(shù)值計(jì)算較繁，刀具切削路線短。

3．車螺紋時(shí)軸向進(jìn)給距離的分析

車螺紋時(shí)，刀具沿螺紋方向的進(jìn)給應(yīng)與工件主軸旋轉(zhuǎn)保持嚴(yán)格的速比關(guān)系?？紤]到刀具從停止?fàn)顟B(tài)到達(dá)指定的進(jìn)給速度或從指定的進(jìn)給速度降至零，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)必有一個(gè)過(guò)渡過(guò)程，沿軸向進(jìn)給的加工路線長(zhǎng)度，除保證加工螺紋長(zhǎng)度外，還應(yīng)增加δ1（２～5mm)的刀具引入距離和δ2（１～2mm)的刀具切出距離，如圖2-5所示。這樣來(lái)保證切削螺紋時(shí)，在升速完成后使刀具接觸工件，刀具離開(kāi)工件后再降速。

4．輪廓銑削加工路線的分析

對(duì)于連續(xù)銑削輪廓，特別是加工圓弧時(shí)，要注意安排好刀具的切入、切出，要盡量避免交接處重復(fù)加工，否則會(huì)出現(xiàn)明顯的界限痕跡。如圖2-6所示，用圓弧插補(bǔ)方式銑削外整圓時(shí)，要安排刀具從切向進(jìn)入圓周銑削加工，當(dāng)整圓加工完畢后，不要在切點(diǎn)處直接退刀，而讓刀具多運(yùn)動(dòng)一段距離，最好沿切線方向，以免取消刀具補(bǔ)償時(shí)，刀具與工件表面相碰撞，造成工件報(bào)廢。銑削內(nèi)圓弧時(shí)，也要遵守從切向切入的原則，安排切入、切出過(guò)渡圓弧，如圖3-7所示，若刀具從工件坐標(biāo)原點(diǎn)出發(fā)，其加工路線為1→2→3→4→5，這樣，來(lái)提高內(nèi)孔表面的加工精度和質(zhì)量。

5．位置精度要求高的孔加工路線的分析

對(duì)于位置精度要求精度較高的孔系加工，特別要注意孔的加工順序的安排，安排不當(dāng)時(shí)，就有可能將沿坐標(biāo)軸的反向間隙帶入，直接影響位置精度。如圖2-8所示，圖a為零件圖，在該零件上加工的六個(gè)尺寸相同的孔，有兩種加工路線。當(dāng)按b圖所示路線加工時(shí)，由于5、6孔與1、2、3、4孔定位方向相反，在Y方向反向間隙會(huì)使定位誤差增加，而影響5、6孔與其它孔的位置精度。按圖c所示路線，加工完4孔后，往上移動(dòng)一段距離到P點(diǎn)，然后再折回來(lái)加工5、6孔，這樣方向一致，可避免反向間隙的引入，提高5、6孔與其它孔的位置精度。

6．銑削曲面的加工路線的分析

銑削曲面時(shí)，常用球頭刀采用“行切法”進(jìn)行加工。所謂行切法是指刀具與零件輪廓的切點(diǎn)軌跡是一行一行的，而行間的距離是按零件加工精度的要求確定。對(duì)于邊界敞開(kāi)的曲面加工，可采用兩種加工路線。如圖2-9所示，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)大葉片，當(dāng)采用圖2-9a的加工方案時(shí)，每次沿直線加工，刀位點(diǎn)計(jì)算簡(jiǎn)單，程序少，加工過(guò)程符合直紋面的形成，可以準(zhǔn)確保證母線的直線度。當(dāng)采用圖2-9b的加工方案時(shí)，符合這類零件數(shù)據(jù)給出情況，便于加工后檢驗(yàn)，葉形的準(zhǔn)確度高，但程序較多。由于曲面零件的邊界是敞開(kāi)的，沒(méi)有其他表面限制，所以曲面邊界可以延伸，球頭刀應(yīng)由邊界外開(kāi)始加工。

以上通過(guò)幾例分析了數(shù)控加工中常用的加工路線，實(shí)際生產(chǎn)中，加工路線的確定要根據(jù)零件的具體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，綜合考慮，靈活運(yùn)用。而確定加工路線的總原則是：在保證零件加工精度和表面質(zhì)量的條件下，盡量縮短加工路線，以提高生產(chǎn)率。

第二節(jié)夾具、刀具的選擇及切削用量的確定

一、夾具的選擇、工件裝夾方法的確定

1．夾具的選擇

數(shù)控加工對(duì)夾具主要有兩大要求：一是夾具應(yīng)具有足夠的精度和剛度；二是夾具應(yīng)有可靠的定位基準(zhǔn)。選用夾具時(shí)，通?？紤]以下幾點(diǎn)：

1）盡量選用可調(diào)整夾具、組合夾具及其它通用夾具，避免采用專用夾具，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。

2）在成批生產(chǎn)時(shí)才考慮采用專用夾具，并力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

3）裝卸工件要迅速方便，以減少機(jī)床的停機(jī)時(shí)間。

4）夾具在機(jī)床上安裝要準(zhǔn)確可靠，以保證工件在正確的位置上加工。

2．夾具的類型

數(shù)控車床上的夾具主要有兩類：一類用于盤類或短軸類